Đồ án Thiết bị cơ - nhiệt Silicat: Thiết kế máy nghiền đứng con lăn nghiền Clinker và lò quay nung Clinker trong nhà máy xi-măng năng suất 1.5 triệu tấn/năm

Chia sẻ: Nguyễn Thị Tuyết Nhung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:132

Thêm vào BST

Báo xấu

91
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án có nội dung trình bày sơ lược về ngành công nghiệp sản xuất xi măng Pooc Lăng (XMP) ở Việt Nam và xu hướng phát triển của ngành trong giai đoạn hiện nay; qui trình sản xuất xi măng PCB theo phương pháp khô lò quay; tính toán và thiết kế máy nghiền đứng con lăn nghiền clinker,... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án Thiết bị cơ - nhiệt Silicat: Thiết kế máy nghiền đứng con lăn nghiền Clinker và lò quay nung Clinker trong nhà máy xi-măng năng suất 1.5 triệu tấn/năm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU SILICAT ------------------- ĐỒ ÁN THIẾT BỊ CƠ-NHIỆT SILICAT THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN ĐỨNG CON LĂN NGHIỀN CLINKER VÀ LÒ QUAY NUNG CLINKER TRONG NHÀ MÁY XI-MĂNG NĂNG SUẤT 1.5 TRIỆU TẤN/NĂM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2018
Trang i LỜI NÓI ĐẦU Xi măng là vật liệu quan trọng nhất của ngành xây dựng. Với sự phát triển nhanh chóng và rộng khắp của ngành xây dựng, nhu cầu về sản lượng, chất lượng và churg loại của xi măng cũng ngày càng tăng. Sự phát triển của công nghệ sản xuất xi măng poóc lăng nhanh chóng vềlượng cũng như về chất đòi hỏi người kỹ sư có trách nhiệm phải không ngừng trau dồi kiến thức, tìm tòi, học hỏi về các quá trình, thiết bị sản xuất, bảo quản, tiêu thụ và cả vấn đề môi trường liên quan đến công nghệ, kỹ thuật sản xuất xi măng để đáp ứng được những yêu cầu của ngành nghề, xã hội, góp phần xây dựng và phát triển công nghiệp đất nước. Với mục tiêu đó, em đã tìm đọc những tài liệu liên quan trongvà ngoài nước về nhà máy sản xuất xi măng hoàn thành đồ án tính toán, thiết kế nhà máy xi măng năng suất 1,5 triệu tấn/năm. Do sự hiểu biết còn hạn chế và thời gian hạn hẹp nên vẫn không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thực hiện đồ án này. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, đánh giá từ quý thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn! iv
Trang ii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................. i MỤC LỤC ....................................................................................................................... ii DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................. vi DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... viii DANH MỤC VIẾT TẮT ................................................................................................ xi Chương 1 Tổng quan ........................................................................................................1 1.1 Sơ lược về ngành công nghiệp sản xuất xi măng Pooc Lăng (XMP) ở Việt Nam và xu hướng phát triển của ngành trong giai đoạn hiện nay ....................................1 1.1.1 Tình hình phát triển của ngành công nghiệp sản xuất XMP ở Việt Nam hiện nay 1 1.1.2 Xu hướng phát triển của ngành .....................................................................1 1.2 Giới thiệu về Xi măng Portland .........................................................................2 1.2.1 Các khái niệm ................................................................................................2 1.2.2 Phân loại Xi măng Portland ..........................................................................3 1.2.3 Nguyên liệu sản xuất xi măng Portland ........................................................3 1.3 Các công nghệ sản xuất xi măng ........................................................................6 1.3.1 Phương pháp ướt lò quay ..............................................................................6 1.3.2 Phương pháp khô lò quay..............................................................................7 1.3.3 Lựa chọn công nghệ ......................................................................................9 Chương 2 Qui trình sản xuất xi măng PCB theo phương pháp khô lò quay..................10 2.1 Sơ lược về quy trình sản xuất xi măng Portland phương pháp khô lò quay ....10 2.2 Các công đoạn sản xuất ....................................................................................12 2.2.1 Khai thác nguyên liệu và đồng nhất sơ bộ ..................................................12 2.2.2 Chuẩn bị và nghiền mịn phối liệu ...............................................................13 2.2.3 Nung luyện và ủ clinker ..............................................................................14 iv
Trang iii 2.2.4 Sản xuất xi măng ......................................................................................... 16 2.3 Tính toán đơn phối liệu và năng suất thiết bị ................................................... 16 2.3.1 Tính đơn phối liệu và kết quả ..................................................................... 16 2.3.1.1 Tính đơn phối liệu .............................................................................. 16 2.3.1.2 Kết quả của tính đơn phối liệu ........................................................... 18 2.3.2 Tính năng suất thiết bị................................................................................. 19 2.3.2.1 Công đoạn nghiền xi măng, đóng bao sản xuất ................................. 21 2.3.2.2 Công đoạn nung clinker và làm nguội ............................................... 23 2.3.2.3 Công đoạn nghiền mịn phối liệu và silo đồng nhất. .......................... 24 2.3.2.4 Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu ........................................................ 25 Chương 3 Tính toán và thiết kế máy nghiền đứng con lăn nghiền clinker .................... 27 3.1 Tổng quan......................................................................................................... 27 3.1.1 Giới thiệu về máy nghiền đứng và những ưu khuyết điểm của chúng so với máy nghiền bi. ...................................................................................................... 27 3.1.1.1 Giới thiệu về máy nghiền đứng .......................................................... 27 Những ưu khuyết điểm của máy nghiền đứng con lăn so với máy nghiền bi (MNB) ... 28 3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nghiền con lăn đứng ................. 29 3.1.1.1 Cấu tạo ............................................................................................... 29 3.1.1.2 Nguyên lý hoạt động .......................................................................... 31 3.2 Tính toán thiết kế máy nghiền đứng con lăn .................................................... 36 3.2.1 Lưu đồ tính toán thiết kế máy nghiền đứng con lăn. .................................. 36 3.2.1.1 Nhóm thông số hình học .................................................................... 38 3.2.1.2 Nhóm thông số động học ................................................................... 40 3.2.1.3 Nhóm thông số động lực học ............................................................. 42 iv
Trang iv 3.2.2 Tính toán các thông số của dòng khí trong máy nghiền đứng ....................44 3.2.2.1 Xác định lưu lượng tại vành phun khí Lk ...........................................45 3.2.2.2 Kiểm tra lưu lượng gió để đảm bảo mật độ hỗn hơp khí – bụi sản phẩm tinh ..................................................................................................................46 3.2.3 Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống phân ly ..................................46 3.2.3.1 Đường kính trong của roto .................................................................46 3.2.3.2 Chiều cao của roto ..............................................................................46 3.2.3.3 Đường kính giới hạn của hạt ứng với Dgh1 .........................................46 3.2.3.4 Đường kính ngoài của roto D2 ...........................................................47 3.2.3.5 Vỏ ngoài của vành hướng dòng Dhd ...................................................47 3.2.3.6 Đường kính vỏ thiết bị phân ly Dpl ....................................................47 3.2.4 Thiết kế hộp giảm tốc và lựa chọn động cơ điện cho máy nghiền đứng con lăn 47 3.2.4.1 Thiết kế hộp giảm tốc .........................................................................47 3.2.4.2 Lựa chọn động cơ điện .......................................................................49 3.2.5 Kết quả tính toán thiết kế máy nghiền đứng ...............................................49 Chương 4 ........................................................................................................................57 4.1 Tổng quan về hệ thống lò quay nung clinker XMP theo phương pháp khô ....57 4.1.1 Hệ thống cyclone trao đổi nhiệt và buồng calciner. ....................................57 4.1.1.1 Hệ thống cyclone trao đổi nhiệt. ........................................................57 4.1.1.2 Buồng phân hủy cacbonat (calciner) ..................................................60 4.1.2 Lò quay........................................................................................................61 4.2 Tính toán thiết kế hệ thống lò quay nung clinker.............................................67 4.2.1 Tính toán quá trình cháy của nhiên liệu và thiết lập cân bằng cho hệ thống lò quay nung clinker .............................................................................................67 iv
Trang v 4.2.1.1 Quá trình cháy của nhiên liệu ............................................................ 67 4.2.1.2 Thiết lập cân bằng cho hệ thống lò .................................................... 72 4.2.2 Tính toán các thông số cơ bản của lò quay ................................................. 87 4.2.2.1 Lựa chọn thiết bị lò quay ................................................................... 88 4.2.2.2 Tính các thông số cơ bản của lò ......................................................... 89 4.2.3 Tính toán gạch chịu lửa trong lò ................................................................. 93 4.2.3.1 Xác định các thông số liên quan đền gạch chịu lửa ........................... 93 4.2.3.2 Tính số gạch chịu lửa ......................................................................... 95 4.2.4 Tính phân bố nhiệt qua tường lò ................................................................. 96 4.2.4.1 Tính toán phân bố nhiệt vùng đầu lò.................................................. 98 4.2.4.2 Tính toán phân bố nhiệt vùng kết khối .............................................. 99 4.2.4.3 Tính toán phân bố nhiệt vùng ra lò .................................................. 100 4.2.5 Tính toán công suất lò ............................................................................... 101 4.2.5.1 Công suất truyền động cho lò .......................................................... 101 4.2.5.2 Công suất tiêu tốn để vận chuyển nguyên liệu ................................ 102 4.2.6 Tính toán thiết kế hệ thống cyclone trao đổi nhiệt. .................................. 103 4.2.6.1 Lựa chọn hệ thống trao đổi nhiệt ..................................................... 103 4.2.6.2 Tính cân bằng vật chất cho hệ thống cyclone .................................. 103 4.2.6.3 Tính toán các kích thước cơ bản của cyclone .................................. 113 4.1.1. Lựa chọn thiết bị làm nguội............................................................... 115 4.3 Kết luận .......................................................................................................... 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 117 iv
Trang vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Quy trình sản xuất XMP theo phương pháp ướt lò quay [5] ...........................7 Hình 1.2: Qui trình sản xuất XMP theo phương pháp khô lò quay của nhà máy xi măng Bỉm Sơn [6]. .....................................................................................................................8 Hình 2.1 Qui trình sản xuất xi măng theo công nghệ khô lò quay [7] ...........................11 Hình 2.2 Mô tả quá trình khai thác nguyên liệu và đồng nhất sơ bộ [8]........................13 Hình 2.3 Mô tả công đoạn chuẩn bị và nghiền phối liệu [9] ..........................................14 Hình 2.4 Mô tả công đoạn nung luyện và ủ clinker [8] .................................................15 Hình 2.5 Công đoạn sản xuất xi măng [8]......................................................................16 Hình 2.6 Lưu đồ tính đơn phối liệu ................................................................................17 Hình 3.1 Một số hãng máy nghiền đứng hiện nay [11] .................................................28 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy nghiền con lăn đứng [13] ..........................30 Hình 3.3 Hệ thống chân đế của máy nghiền con lăn đứng [13] .....................................32 Hình 3.4 Mô tả chuyển động dòng khí trong máy nghiền đứng [11].............................32 Hình 3.5 Mâm nghiền của máy nghiền đứng OK™ Mill [13] .......................................33 Hình 3.6 Mô tả cụm bánh nghiền và hệ treo bánh nghiền [13] ......................................34 Hình 3.7 Các loại hệ thống phân ly không khí [11] .......................................................35 Hình 3.8 Lưu đồ tính toán các thông số cơ bản của máy nghiền ...................................36 Hình 3.9 Lưu đồ thiết kế hệ thống phân ly của máy nghiền ..........................................37 Hình 3.10 Sơ đồ tính và làm việc thực tế của bánh nghiền [12] ....................................39 Hình 3.11 Các loại mâm nghiền theo các hãng khác nhau [8] .......................................40 Hình 3.12 Phân bố vận tốc theo chiều rộng bánh [12] ...................................................42 Hình 3.13 Các vùng nghiền [12] ....................................................................................43 Hình 3.14 Các loại hộp giảm tốc sử dụng cho máy nghiền [14] ....................................48 Hình 3.15 Ký hiệu kích thước cửa máy nghiền FLSmidth [27] .....................................49 Hình 4.1 Mô tả hệ thống lò quay nung clinker theo phương pháp khô [19] ..................57 Hình 4.2 Hệ thống trao đổi nhiệt kiều trao SP [3] .........................................................60 iv
Trang vii Hình 4.3 Buồng phân hủy cacbonat (calciner) của hãng [20]........................................ 61 Hình 4.4 Lò quay 3 bệ ga lê [8] .................................................................................... 62 Hình 4.5 Lò quay 2 bệ ga lê [8] ..................................................................................... 62 Hình 4.6 Đai lò treo tiếp xúc [8] .................................................................................... 63 Hình 4.7 Hệ thống khớp kín đầu lò và đuôi lò [8] ......................................................... 64 Hình 4.8 Hệ thống làm nguội kiểu ghi của hãng FLSmidth [21] .................................. 65 Hình 4.9 Hình ảnh mô phỏng béc đốt [8] ...................................................................... 66 Hình 4.10 Các loại béc đốt [22] ..................................................................................... 66 Hình 4.11 Lưu đồ tính toán quá trình cháy của nhiên liệu............................................. 68 Hình 4.12 Tiêu chuẩn chọn thiết bị lò của hãng FLSmidth [24] ................................... 88 Hình 4.13 Các chiều kích thước của gạch chịu lửa [25] ................................................ 95 Hình 4.14: sin (α/2) phụ thuộc vào hệ số đổ đấy ......................................................... 102 Hình 4.15 Các kích thước hình học của cyclone [26] .................................................. 113 iv
Trang viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần phần trăm của các oxit chính trong clinker XMP [3] ...................2 Bảng 1.2 Yêu cầu kĩ thuật của đá vôi [4] .........................................................................4 Bảng 1.3 Yêu cầu về thành phần hóa của đất sét [3] .......................................................5 Bảng 2.1 Thành phần các cấu tử trong clinker ...............................................................19 Bảng 2.2 Thành phần hóa của clinker ............................................................................19 Bảng 2.3 Thành phần khoáng của clinker ......................................................................19 Bảng 2.4 Thành phần xi măng .......................................................................................20 Bảng 2.5 Chế độ làm việc (trong 1 năm) của nhà máy ..................................................21 Bảng 2.6 Năng suất trong công đoạn nghiền xi măng, đóng bao sản xuất ....................21 Bảng 2.7 Năng suất phối liệu từng công đoạn ...............................................................22 Bảng 2.8 Khối lượng thành phần vật liệu sản xuất xi măng PCB40..............................22 Bảng 2.9 Năng suất của công đoạn nung clinker, làm nguội .........................................23 Bảng 2.10 Thành phần phối liệu ẩm ..............................................................................24 Bảng 2.11 Khối lượng của từng nguyên liệu khô ban đầu .............................................25 Bảng 2.12 Tính năng suất cho đá vôi (độ ẩm 4%) .........................................................25 Bảng 2.13 Tính năng suất cho đất sét (độ ẩm 17%).......................................................26 Bảng 2.14 Tính năng suất cho quặng sắt (độ ẩm 5%) ....................................................26 Bảng 3.1 Giá trị kp theo từng hãng sản xuất [12] ...........................................................43 Bảng 3.2 Giá trị Kbv theo góc ôm 𝜃 ...............................................................................50 Bảng 3.3 Lựa chọn động cơ điện cho máy nghiền .........................................................56 Bảng 3.4 Lựa chọn hộp giảm tốc [18] ............................................................................56 Bảng 4.1 So sánh giữa lò quay 3 bệ ga lê với lò quay 2 bệ ga lê ...................................62 Bảng 4.2 Thành phẩn làm việc của than Cám 3 .............................................................69 Bảng 4.3 Sản phẩm cháy tính trên 100kg than ...............................................................69 Bảng 4.4 Kết quả tính toán các thông số ........................................................................70 Bảng 4.5 Lượng sản phẩm cháy khi đốt 1kg than ..........................................................71 iv
Trang ix Bảng 4.6 Các thông số của lượng thành phần khói lò ................................................... 71 Bảng 4.7 Thành phẩn khói lò ......................................................................................... 72 Bảng 4.8 Lượng than tiêu tốn......................................................................................... 73 Bảng 4.9 Lượng CO2 từ phối liệu phân hủy ra .............................................................. 74 Bảng 4.10 Tổng lượng vào lò......................................................................................... 75 Bảng 4.11 Thành phần khoáng....................................................................................... 78 Bảng 4.12 Tính toán tổng nhiệt vào ............................................................................... 79 Bảng 4.13 Tổng lượng vào lò......................................................................................... 81 Bảng 4.14 Tính toán lượng ra lò .................................................................................... 82 Bảng 4.15 Hệ số công thức nhiệt [23]............................................................................ 83 Bảng 4.16 Nhiệt dung riêng của từng cấu tử theo nhiệt độ............................................ 83 Bảng 4.17 Lượng nhiệt cung cấp ................................................................................... 84 Bảng 4.18 Lượng nhiệt tiêu tốn ..................................................................................... 86 Bảng 4.19 Lượng nhiệt tiêu tốn à cần thiết cho 1kg clinker .......................................... 87 Bảng 4.20 Tính lại cân bằng vật chất và nhiệt cho hệ thống lò ..................................... 87 Bảng 4.21 Các số liệu đầu vào ....................................................................................... 88 Bảng 4.22 Các số liệu của thiết bị lò được chọn ............................................................ 89 Bảng 4.23 Hệ số đổ đầy phụ thuộc vào độ nghiêng của lò ............................................ 90 Bảng 4.24 Độ dày vật liệu phụ thuộc hệ số đổ đầy........................................................ 91 Bảng 4.25 Vòi phun nhiên liệu trong lò ......................................................................... 92 Bảng 4.26 Thông số các loại gạch chịu lửa trong lò quay ............................................. 93 Bảng 4.27 Số gạch chịu lửa trong lò .............................................................................. 96 Bảng 4.28 Các giá trị ban đầu ........................................................................................ 98 Bảng 4.29 Phân bố nhiệt vùng đầu lò ........................................................................... 99 Bảng 4.30 Các giá trị ban đầu ........................................................................................ 99 Bảng 4.31 Phân bố nhiệt vùng kết khối ....................................................................... 100 Bảng 4.32 Các giá trị ban đầu ...................................................................................... 100 Bảng 4.33 Phân bố nhiệt vùng ra lò ............................................................................. 101 iv
Trang x Bảng 4.34 Các thông số đầu vào ..................................................................................105 Bảng 4.35 Cân bằng vật chất cho cyclone ...................................................................107 Bảng 4.36 Các thông số thiết lập cân bằng vật chất cho cyclone ................................109 Bảng 4.37 Tính các thông số của gió 1, gió 2 ..............................................................111 Bảng 4.38 Lượng khí thải từ cyclone ...........................................................................112 Bảng 4.39 Các kích thước của cyclone theo tiêu chuẩn Bhatty [26] ...........................113 Bảng 4.40 Bề dày GCL trong cyclone [26] ..................................................................114 Bảng 4.41 Kích thước cơ bản của cyclone ...................................................................114 Bảng 4.42 Kích thước của thiết bị Multi – Movable Cross – Bar theo năng suất [27] 116 iv
Trang xi DANH MỤC VIẾT TẮT GCL: Gạch Chịu Lửa MNB: Máy Nghiền Bi OPC: Origin Portland Cement PC: Portland Cement PCB: Portland Cement Blended PGNAA: Prompt Gamma Neutron Activated Analyzer SP: Suspension Preheater TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam XM: Xi Măng XMP: Xi măng Portland iv
Chương 1 Tổng quan 1.1 Sơ lược về ngành công nghiệp sản xuất xi măng Pooc Lăng (XMP) ở Việt Nam và xu hướng phát triển của ngành trong giai đoạn hiện nay 1.1.1 Tình hình phát triển của ngành công nghiệp sản xuất XMP ở Việt Nam hiện nay Ở Việt Nam, ngành công nghiệp sản xuất xi măng là một trong những ngành công nghiệp lâu đời và cũng đóng vai trò đặc biệt quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân. Với tổng công suất thiết kế của ngành hiện nay khoảng 100 triệu tấn, ngành công nghiệp sản xuất xi măng của Việt Nam đã ở vị trí thứ 5 của thế giới. Hàng năm, Việt Nam xuất khẩu trên 20 triệu tấn tới các châu lục. Chỉ tính riêng năm 2019, ngành công nghệ sản xuất xi măng với mức tăng trưởng toàn ngành vượt 2% so với năm 2018, với mức clinker tiêu thụ năm 2019 khoảng 98 triệu tấn, trong đó tiêu thụ nội địa là 67 triệu tấn và xuất khẩu khoảng 32 triệu tấn. Từ những số liệu thống kê trên cho thấy ngành công nghiệp sản xuất xi măng vẫn là điểm sáng trong thị trường vật liệu xây dựng. Với nhu cầu sử dụng xi măng ngày càng cao trong giai đoạn hiện nay càng cho thấy tầm quan trọng của ngành đối với sự phát triển của đất nước. Theo dự báo của Bộ Xây Dựng nhu cầu tiêu thụ xi măng trong năm 2020 sẽ tăng từ 4 – 5% so với năm 2019 với mức tiêu thụ tương ứng khoảng 101 – 103 triệu tấn. Do đó cần có hướng phát triển phù hợp để có thể vừa đáp ứng đủ nhu cầu của thị trường vừa có thể đảm bảo chất lượng của xi măng. Bên cạnh đó cũng cần phải đảm bảo sức cạnh tranh của ngành trong khu vực châu Á nói riêng và thế giới nói chung. 1.1.2 Xu hướng phát triển của ngành Với tình hình của ngành trong giai đoạn hiện tại, cần thực hiện tốt việc bình ổn và cân đối cung – cầu, kiềm chế việc tăng giá để tăng sức cạnh tranh của ngành. 1
Bên cạnh đó, ngành xi măng trong giai đoạn hiện nay được cho là chỉ có một hướng phát triển duy nhất là phát triển bền vững với sản xuất xanh, tiết kiệm tài nguyên và bảo vệ môi trường vì nhu cầu ngày càng tăng nhưng nguồn tài nguyên lại ngày càng cạn kiệt. 1.2 Giới thiệu về Xi măng Portland 1.2.1 Các khái niệm Xi măng Portland (XMP) là bột vô cơ có tính chất kết dính thủy lực, là sản phẩm nghiển mịn của hỗn hợp clinker XMP và phụ gia thạch cao 3 – 5% khối lượng clinker [3]. Ngoài ra, còn có các chất kết dính có nguồn gốc từ XMP, đó là sản phẩm nghiển mịn của XMP với các chất phụ gia khác (bột đá vôi, tro xỉ, đất núi lửa, …) tùy vào nhu cầu của người tiêu dùng và bên cạnh đó phải đáp ứng các yêu cầu kĩ thuật theo tiêu chuẩn. Chất kết dính thủy lực là những chất kết dính sau khi trộn với nước có thể đóng rắn trong không khí và tiếp tục đóng rắn bền vững trong môi trường nước (phân loại theo môi trường tạo cường độ của các chat kết dính) [3]. Clinker XMP là bán sản phẩm trong quá trình sản xuất xi măng Portland, được sản xuất bằng cách nung kết khối hỗn hợp phối liệu được nghiển mịn từ các nguyên liệu tự nhiên (đá vôi, đất sét, quặng sắt, …). Các tỷ lệ về thành phần phối liệu đã được tính toán trước. Clinker ra khỏi lò nung có dạng cục sỏi nhỏ (10 - 80 mm) [3]. Do các nguyên liệu để sản xuất clinker XMP có xuất phát chủ yếu từ tự nhiên nên clinker có thành phần hóa (gồm những oxit chính: CaO, SiO2, AL2O3, Fe2O3) với khoảng biến đổi tương đối rộng như trong bảng dưới đây: Bảng 1.1 Thành phần phần trăm của các oxit chính trong clinker XMP [3] Oxit CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 Thành phần % 62 – 67 20 – 24 4–7 2–5 Tuy nhiên, cũng vì các nguyên liệu chủ yếu là từ tự nhiên nên trong thành phần clinker luôn có những oxit ảnh hưởng xấu đến tính chất của XM còn được gọi là các oxit tạp 2
chất, ví dụ như: MgO, CaO tự do, … Do đó để đảm bảo tính chất của XM, thành phần phần tram của các oxit tạp chất phải nằm trong giới hạn cho phép. Ví dụ như, hàm lượng của CaO tự do không lớn hơn 1.5% (dựa theo TCVN 7024:2013). Các tính chất của xi măng Portland chủ yếu do thành phần pha quyết định. Những oxit chính sẽ phản ứng tạo các khoáng cần thiết như: Alit, Belit, … với thành phần phần trăm nằm trong dải giới hạn cho phép nhất định. 1.2.2 Phân loại Xi măng Portland Hiện nay trên thị trường có nhiều loại XMP khác nhau, nhưng phổ biến nhất là xi măng PC và xi măng hỗn hợp PCB.  Xi măng PC (hay OPC): Là xi măng Pooc được tạo thành bằng cách nghiền mịn hỗn hợp clinker XMP với phụ gia duy nhất là thạch cao (3 – 5% kl). Xi măng PC thường được sử dụng cho việc nghiên cứu về các tinh chất của xi măng hay các công trình đặc biệt. Loại xi măng PC phổ biến hiện nay là PC30.  Xi măng PCB: còn được gọi là xi măng hỗn hợp. Là loại xi măng Portland nhận được từ việc nghiền mịn hỗn hợp clinker XMP với phụ gia thạch cao (3 – 5%kl) và các phụ gia khác để giảm giá thành sản phẩm hoặc tăng chất lượng của xi măng. Loại xi măng PCB phổ biến hiện nay là PC30, PC40, …. Ngoài ra còn nhiều loại XMP khác tùy vào cách phân loại. 1.2.3 Nguyên liệu sản xuất xi măng Portland Như đã được nhắc đến ở các mục trên, nguyên liệu để sản xuât xi măng là nguyên liệu tự nhiên bao gồm các nguyên liệu chính và phụ gia.  Các nguyên liệu chính: Đá vôi: Nhiệm vụ chính của đá vôi là cung cấp CaO – là một oxit có hàm lượng cao nhất trong thành phần clinker XMP. Do đó, thường nguyên liệu cung cấp CaO sẽ đóng vai trò quyết định tới việc lựa chọn công nghệ. 3
Đá vôi có thành phần chính là CaCO3 và một lượng nhỏ oxit khác. Theo TCVN 6072:2013, các chỉ tiêu chất lượng của đá vôi dùng trong sản xuất clinker XMP được qui định như trong bảng sau: Bảng 1.2 Yêu cầu kĩ thuật của đá vôi [4] Tên chỉ tiêu Mức % CaCO3 không nhỏ hơn 85 % MgCO3 không lớn hơn 7 CHÚ THÍCH: Khi sử dụng đá vôi có hàm lượng magie cacbonat (MgCO3) trên 5 %, cần tính toán phối liệu để tổng hàm lượng MgO trong clanhke và xi măng nhỏ hơn quy định trong các tiêu chuẩn hiện hành. Bên cạnh đó, hàm lượng của các oxit khác có trong đá vôi thông thường được quy định: R2O < 1%. Đá vôi thường được khai thác ở các mỏ lộ thiên bằng cách cho nổ mìn và sau đó được đập sơ bộ ngay tại mỏ. Đá vôi sẽ được chuyển về nhà máy bằng xe goong, oto, … Tuy nhiên, để giảm chi phí vận chuyển thông thường nhà máy sẽ được xây dựng gần nơi khai thác nguyên liệu và nguyên liệu sẽ được vận chuyển tới nhà máy bằng hệ thống các băng tải. Đất sét: Là một loại đất trong tự nhiên có thành phần khoáng chính là các alumo silicat ngậm nước cấu trúc lớp (chủ yếu là các khoáng: kaolinite Al2O3.2SiO2.2H2O, montmonrilonhit Al2O3.4SiO2.H2O + nH2O, … Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất xi măng thành phần khoáng của đất sét ko được quan tâm nhiều mà người ta chủ yếu quan tâm tới thành phần hóa của chúng, thông thường là Fe2O3. Yêu cầu thành phần hóa của đất sét được thể hiện trong bảng 1.3 dưới đây: 4
Bảng 1.3 Yêu cầu về thành phần hóa của đất sét [3] Oxit SiO2 Al2O3 Fe2O3 SO2 R2O Thành phần % > < 20 7 – 10
Tùy thuộc vào vai trò của các phụ gia trong xi măng, ta có thể chia làm nhiều loại phụ gia khác nhau như: phụ gia giúp làm giảm tốc độ đóng rắn (thạch cao), phụ gia hiệu chỉnh thành phần (cát non, boxit, …), phụ gia đầy, … Các loại phụ gia sẽ được sử dụng tùy thuộc vào yêu cầu của người tiêu dùng và việc sử dụng phụ gia đồng thời cũng phải phù hợp với quy định của nhà nước. 1.3 Các công nghệ sản xuất xi măng Theo nguyên lý hoạt động của lò nung, ta chia công nghệ sản xuất XMP thành hai nhóm: - Xi măng lò đứng - Xi măng lò quay. Tuy nhiên, clinker nung từ lò đứng có chất lượng kém do chủ yếu các phản ứng ở pha rắn làm cho mức kết khối kém, phần làm nguội khó điều khiển, … Hơn nữa, XM lò đứng gây ô nhiễm môi trường. Do đó hầu hết hiện nay XM lò đứng không được tiếp tục đầu tư (chỉ được sử dụng trong các trường hợp đặc biệt) và các nhà máy đa phần đều chuyển qua công nghệ XM lò quay với các phương pháp ướt (sử dụng trươc đây) và khô (hiện nay với hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo và buồng calciner), bên cạnh đó cũng tồn tại phương pháp bán khô nhưng phương pháp này hiếm khi được sử dụng. 1.3.1 Phương pháp ướt lò quay Đối với phương pháp này, phối liệu được nghiền ở dạng bùn (past) với độ ẩm cao, sau đó chứa trong những bể bùn lớn ròi đưa vào trong thiết bị lò quay. Bùn past vào lò quay từ đầu cao của lò và trải qua các quá trình biến đổi hóa lý (sấy, đốt nóng, phân hủy cacbonat, kết khối và làm nguội) tạo clinker. Clinker sẽ được ủ trong các silo và sau đó một là sẽ chuyển tới các trạm nghiền hai là được đem đi nghiền trực tiếp ở nhà máy với phụ gia thạch cao (3 – 5%kl) và các phụ gia khác tùy vào yêu cầu sản xuất thành XM. 6